雨雲レーダーは写真ではない
スマートフォンで色付きの雨雲レーダーを開くと、雨の強い所が赤や紫で示されることがあります。色は空の雲の実物の色ではなく、観測された電波の情報を数字に変換した表示です。
雨雲レーダーのカラフルな地図は、上空から撮った雨雲の写真ではありません。レーダーは電波を発射し、雨や雪の粒子から戻ってきた信号を分析します。粒子までの距離は電波の往復時間、降水の強さに関する情報は主に反射信号の強さから得られます。色はその解析結果を見やすくした表現です。
画面に赤い場所があっても、道路のその地点で必ず同じ強さの雨が降っているとは限りません。レーダーが見ているのは上空の降水粒子であり、地上へ落ちる途中で蒸発したり、風で流されたりすることがあります。地上の雨量計の観測値と比較する理由がここにあります。
電波の反射と距離
気象レーダーはマイクロ波を発射し、雨粒や雪などで散乱され戻る電波を受信します。往復時間から距離、信号の強さなどから降水の強さを推定します。ドップラー方式なら雨粒などの動きに関する情報も得られます。
レーダーが電波を出し、雨粒から反射された電波を受信するまでの時間を測ると、雨粒までの距離を推定できます。受信した信号の強さには粒子の大きさや数などが影響します。『反射が強い＝一定量の雨』と直接読み替えることはできず、推定のための処理が必要です。
レーダーは空間の広い範囲を連続的に調べられる一方、地上の雨量計は特定地点に実際に落ちた雨を測ります。二つは役割が違い、相互に補う関係です。気象庁の解析雨量はレーダーと雨量計の観測を組み合わせて推定されるため、単独の色画像とは意味が異なります。
距離計算とレーダーの死角
レーダーは雲に含まれるすべての水蒸気を見ているわけではありません。降水粒子がない薄い雲は表示されないことがあり、山による遮蔽や電波が届く高さも観測の制約です。
電波の往復に0.001秒かかった場合、光速を約30万km/秒として片道距離は150kmです。30万×0.001÷2＝150という計算で、2で割るのは電波が行って戻った時間だからです。実際のレーダー解析はもっと多くの補正を行います。
画面の色・時刻・降水を比べる
レーダー画像と地上の雨量観測を同じ時刻で比較すると、強い色があるのにその地点では降っていない場合や、弱い色でも雨を感じる場合を見つけられます。時刻のずれや観測高度も候補に入れます。
画面の色を写真だと思うと「赤い雲が来る」という誤解につながります。色は強度の分類であり、どの程度の雨量を表すかはサービスの凡例で確かめる必要があります。
雨雲レーダーで見た強い雨域が動いたとき、雲そのものが動いた場合と、同じ場所で降水が強まった場合を分けることができます。時間を進めて比較すれば変化は見えますが、将来も同じ速度で動くとは限りません。新しい雲の発達や消滅もあるため、外挿には限界があります。
レーダーの死角と誤差
山がレーダーの電波を遮ると、その背後の降水粒子を十分に観測できない場合があります。また、レーダーは上空の雨粒を観測するため、その雨が途中で蒸発すれば地上では降っていないこともあります。逆に地上付近で急に発達した弱い雨雲を捉えにくい場面もあります。色が付いていない場所を絶対に無降水と決めず、地上雨量や実況の情報と組み合わせて見ましょう。
レーダーには地形による遮蔽や地表などからの不要な反射、雨や雪の粒の性質による誤差があります。特に低い雲から降る細かい雨は、観測高度の関係で捉えにくい場合があります。気象庁の注意点には、弱い降水が画面に十分反映されない理由が説明されています。
ドップラーレーダーは戻る電波の周波数の変化を使い、レーダーへ近づくか遠ざかる方向の粒子の動きを推定することがあります。これは上空の風や降水の動きを理解する手掛かりですが、矢印一つで人が感じる地上風を表すわけではありません。雨の危険を判断するときは、レーダーの更新時刻と予報・注意報を組み合わせましょう。
ドップラー観測の情報
観測地図に色が表示されていない場所でも、必ず無降水とは言えません。レーダーの死角や観測のタイミング、地上までの変化などが関係するからです。外出の判断ではレーダーの一枚だけでなく、近くの観測情報と予報の更新時刻を確かめるとより実用的です。
レーダーからドップラー効果を利用して、雨や雪の粒子の移動に関する情報を得る観測もあります。これは反射の強さだけを見る場合と違う使い方です。一つの機械が色の濃淡だけでなく動きに関する情報も扱えると知ると、観測技術の面白さが見えてきます。
『レーダーは雨雲の写真』という表現は入口には便利ですが、厳密には違います。電波の測定→信号の解析→色への変換という三段階があるため、写真のように『赤い雲がある』とは言えません。色の意味と観測時間を確認し、資料が示す内容を超えた断定を避けて読みましょう。
雨量計は地上の一地点で集めた水を測り、レーダーは広い範囲の降水粒子の分布を観測します。雨が地面へ落ちるまでに蒸発したり、風で流されたりする場合があるため、レーダーの強い色と同じ地点の雨量計の値が一致しないこともあります。レーダーの死角や地形の遮蔽、観測時刻の差も確認します。
レーダーが示す強い色の意味
気象レーダーは雲を撮影して色を塗っているわけではありません。発射した電波が雨粒や雪などの降水粒子で散乱され、戻ってきた信号から降水域の位置や強さを推定しています。電波の反射が強い場所は、一般に多くの降水粒子や大きな粒子がある可能性を示します。ただし粒の形や雪・雨の違いによって反射は変わるため、表示色から実際の地上雨量を無条件に確定できません。
例えば電波の往復に0.001秒かかり、電波の速さを毎秒約30万kmとすれば、往復距離は300km、片道は150kmです。距離を求めるときに2で割るのは、電波が行って戻る時間を測っているからです。反射の強さを降水量へ換算する処理は別の段階なので、距離計算と色の意味を混ぜないようにします。
